对地铁车辆牵引电机轴承电腐蚀原理及抑制工艺浅述

张爱平

摘要：本文主要分析了地铁车辆牵引电机轴承电腐蚀的相关原理，并重点介绍了相关的抑制工艺，它不仅能够解决地铁车辆牵引电机发生的批量异响的问题，还能利用专业的分析机构和拆解方式，对牵引电机的轴承失效模式的机理分成过电流，也就是常说的轴承电蚀现象。除此之外，它还能保证车辆的安全运行，减少问题发生的概率，这也是相关研究单位一直在研究的问题。

关键词：地铁车辆;牵引电机轴承电腐蚀问题;应对策略

对于常见的利用变频器进行驱动的机器来说，通常都会产生轴承电压，这也是无法避免的问题。根据相关规定，从2003年开始国外就开始利用放电总能量对电机轴承的腐蚀程度进行结果判定，这也是将轴承电压作为测量值，也可以有效的回避电流的策略，总体来说比较简单一些。同时，这种策略模式对以后电机轴承电压的分析也具有积极的推动作用。对于地铁车辆来说，本身就具有复杂的电气环境，因此更要加强研究进行判断。

1源头切断

目前，通常解决电机轴承电腐蚀的方式分为三种，其中一种就是在源头上处理。从源头上进行处理也有多种措施，首先可以在逆变器的输出端适当添加合理的输出滤波器，常见的有输出电抗器、共模扼流圈以及有源滤波器等，这些都可以有效的减少传导性EMI，也可以进一步削弱电机端过的电压量。但是这些逆变器侧面的输出滤波器在应用过程中都有一定的缺点，可能在运行条件发生变化时部分滤波器就会失去作用，或者是工作效率不明显。除此之外，增加滤波器也会提高成本，相应设备的的重量也会提高，也会增加设备系统的复杂性，进而影响并限制了这种方法在地铁车辆逆变器上的使用。其次，还可以以通过优化软件控制的方式来从源头上解决问题，也就是说逆变器可以利用PWM调制控制方式来降低共模电压，但是在运行时，通常逆变器的调制频率和方式都会受到IGBT等开关器的影响，也会形成稳定的配合，如果做调整反而会产生不必要的电流脉冲，也会对设备产生不良影响，也因为这些缺点这种方式在应用时也受到了限制。具体如下图 6所示：

2电机侧

现阶段，我国地铁车辆的牵引电机大多使用绝缘轴承，也就是在轴承外圈涂抹绝缘材料来达到防止电流经过的效果。同时，这种方式还能在牵引电机运行过程中起到润滑油的作用，这也能让轴承内部的润滑油在滚珠流动期间形成一层油膜，发挥绝缘的作用。除此之外，还可以利用电机端提高轴承绝缘鞋或者将轴电压分压的方式来有效的降低轴电压所带来的电腐蚀问题。首先，可以通过增加外圈绝缘涂层厚度的方式降低外圈和机壳之间的电容，进而减少轴电压对轴承和机壳之间产生的放电量。但是，这时候轴电压也会产生，因此需要足够厚的绝缘材料才能达到理想的效果。但是，这种方式的成本较高，另外由于转子在运行过程中产生的热量也会通过轴承传到机壳，但是在到达机壳时也需要通过绝缘涂层，相应的就会产生散热的问题，这也是得不偿失，因此这种方式在应用时大多抛弃。其次，还有采用混合陶瓷轴承的方式，也就是将轴承滚珠换成完全绝缘的陶瓷球，这样也可以将轴承内外圈起到良好的绝缘效果。但是，其中也存在一些问题，例如混合陶瓷制成的轴承耗费较高，还有特别定制，这样就会延长采购周期。另一方面，陶瓷轴承的抗压强度也步入钢轴承，因此这一模式也没有得到广泛的推广。最后，就是建立有效的轴电压放电旁路，这样也可以有效的降低轴承内外圈之间产生的轴电压。通常来说，这种方案就是在机壳上安装一个导电环，它主要是利用其中的导电材料和电机轴接触进而连接起来，这样也可以让内圈上的电压通过导电材料运输到电机机壳，最终达到旁路轴电压的效果。但是，这种方式会因为导电材料和电机轴之间接触时会产生外界污染或者自身氧化的问题，随着时间的推移也会提高这两者之間的接触电阻，也会影响到电压的释放。这也需要对设备进行维修和保养，也会提高后期的维护成本。具体如下图 7所示：

3接地回路

地铁车辆牵引电机轴承的高低与车辆的接地回路抗阻的大小存在直接的联系。并且，机壳上的感应电压也主要通过接地线阻抗Lcb来直接到达目标的车体，进而经过和车体相连的接地电阻R1加上长线电缆的阻抗L1回到牵引逆变器中。除此之外，就是在流经Lcb的同时经过牵引逆变器的EMI电容CEMI回到牵引逆变器中。但是，处于轴电压的高变化率，du/dt的交变电压也会存在变化。因此，在具体实施过程中，要尽量减少L1和R1或者CEMI中的电阻和电感值，这也能达到很好的低轴电压的效果。根据相关数据显示，在现场试验过程中，通常也会采用两组接地电阻的形式R1来并联以及缩短电缆长度将电阻降低到L1上，同时也会利用无感电容，也就是CEMI来有效降低轴电压。通常来说，轴承电蚀问题出现的原因大部分归结于轴承内外圈之间存在轴电压，上述几种方式也各有优缺点，需要根据具体情况进行选择。

4结束语

当地铁车辆发出异常的响声或者牵引电机发出声音时，就要考虑轴承的问题，还要检查轴承是否受到了电腐蚀的影响。本文主要是针对轴承电腐蚀引起的牵引电机发出异响以及相应的抑制技术进行研究，并提出了一些解决措施。当然，导致地铁车辆牵引电机轴承电腐蚀或发生异响的原因还有很多，还需要不断进行研究。但是，解决这一问题也可以有效的提高地铁车辆中牵引电机的使用寿命和使用效率，也可以在一定程度上保证地铁车辆的稳定运行。

参考文献：

[1]闫光临，支永健，陈湘， 等.地铁车辆牵引电机轴承电腐蚀原理及抑制技术研究[J].机车电传动，2019，（4）：102-106.

[2]黄初平，谢述武，钟武凌.深圳地铁抑制车辆牵引电机轴电压的探索[J].城市轨道交通研究，2019，22（9）：164-167.

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